PPTC-自恢复保险丝简介

PPTC-自恢复保险丝简介

一、PPTC介绍:

PPTC,Polymer Positive Temperature Coefficent,学名 高分子聚合物正温度系数热敏电阻。PPTC主要用于电子设备的短路及超载保护,与传统保险丝相比,具有可恢复功能,故又称为自恢复保险丝

PPTC 主要是由聚合树脂和导电材料所组成。在正常工作条件下,其表现出极低的电阻值,对电路性能基本上不会产生影响。当异常电流发生或环境温度提高时,其阻值迅速提高,呈现高阻抗的状态,从而限制异常电流流过 PPTC 元件,此过程称为“动作”。当故障得到排除后,PPTC 元件自动恢复到低阻状态,此时电路又可以回到正常工作的状态。

二、PPTC的工作原理:

1. 物理特性:

PPTC 由结晶性聚合物(Polymer)及导电粒子(Carbon Black)所組成。在正常操作下, Polymer紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构内,形成低阻抗的导电通路,如图中的(1a)所示。因为电阻很低,所以线路上流经 PPTC元件的电流所产生的热能小,不会改变Polymer的晶体结构。异常电流发生,导体上所产生的热能便会将Polymer由结晶状变成胶状 (Amorphous),如图中的(1b)所示,在此种情況下,被束缚的导体便会分离, 导电通路被破坏,导致阻抗迅速提高而限制异常电流流过 PPTC元件。异常电流消失后,导电通路通路又会再度结合成为低阻抗。

PPTC工作原理图

2. 电气特性:

PPTC元件的动作原理是一种能量的平衡,当过电流流过PPTC元件时由于焦耳定律I2R的关系会产生热,而产生的热能部分会散发到环境中,没有散发的部分热能便会提高元件的温度。

在图中Point 1时温度较低,产生的热和散发的热达到平衡,但是流过的电流较大或是环境温度较高时,会产生较高的热,而提高 PPTC元件的溫度。然而当电流或环境温度的增加并不显著时,PPTC元件所产生的热可以散发环境中而在Point 2达到平衡。

当过电流或环境温度再提高时,PPTC元件会达到一个较高的溫度,如图Point 3所示。若此时电流或环境温度继续增加,产生热能便会大于散发热能,使得PPTC元件溫度速增,在此阶段,很小的温度变化就会造成阻值的大幅提高,这个现象现可由Point 3及Point 4看出。这时PPTC元件正处于动作的保护状态,阻抗的增加便限制了电流的通过,从而保护设备免于损坏。

如上所述,PPTC在环境温度较高时,其阻值亦会随之增加,而达到Point 4的高阻抗状态,并不需外加电流。当温度下降后PPTC便回复低阻抗状态。

三、PPTC的优势:

电子元件市场,过流保护的装置一般有以下几种:

保险管FUSE、双金属片Bi-metal、CPTC和PPTC;另外还有过流继电器和MOS管。

过流继电器造价高,体积大,无论成本还是安装空间考虑,都不是很好的选择;MOS管缺乏电路过载能力,即当其所在电路发生短路或过流故障,MOS管极易被击穿,通常还需要给MOS管增加过流保护电路,增加了设计的复杂度和成本;下面我们来主要对比一下FUSE、Bi-metal、CPTC和PPTC的优劣。详见下表:

几种常见电流保护装置的对比

综合以上,PPTC除了反应速度稍慢之外,在尺寸、成本、功耗、阻抗和维护的便利程度(自复性)均有明显优势。

发布于 2019-04-29

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